張玉梅，任子杰,2,3，高惠民,2,3，印航，謝俊3,,5，郝文華

1.武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；

2.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070；

3.合浦縣硅材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心，廣西 北海 536000；

4.中能建綠色建材有限公司，湖北 武漢 430015；

5.武漢理工大學(xué) 硅酸鹽建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070；

6.中硅工業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100194

引 言

高嶺土是一種由長石風(fēng)化而來的黏土類礦物原料，主要礦物成分為高嶺石和多水高嶺石，還存在其他伴生礦物，如石英、長石、云母和伊利石等[1]。作為一種重要的非金屬礦物原料，高嶺土具有良好的可塑性、較高的耐火性、可燒結(jié)性以及白度高、易于加工等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于陶瓷、造紙、橡膠、塑料、涂料、化工、石油和建材等領(lǐng)域[2-4]。我國是高嶺土消費(fèi)大國，且高嶺土資源豐富[5]，但高嶺土加工過程中產(chǎn)生的大量尾礦回收利用較少，大多被露天堆棄，不僅侵占土地、破環(huán)生態(tài)環(huán)境[6-7]，而且造成不可再生資源的浪費(fèi)。在高嶺土尾礦中含有大量的石英資源, 隨著優(yōu)質(zhì)石英砂資源緊缺[8-9]，尋求更多樣的石英資源具有重大的意義。

胡廷海等[10]對(duì)廣西某高嶺土尾礦進(jìn)行擦洗、磨礦、分級(jí)、強(qiáng)磁選和浮選獲得Fe2O3含量為74 μg/g、SiO2品位為99.89%、SiO2回收率為94.61%的石英砂。謝恩俊等[11]采用“磨礦-水力分級(jí)-磁選-浮選”選礦工藝流程對(duì)福建高嶺土尾礦進(jìn)行選礦提純?cè)囼?yàn)研究，獲得0.6～0.125 mm 粒級(jí)含量大于95%、SiO2含量99.62%、Al2O3含量0.065%、Fe2O3含量92 μg/g 的石英精砂，滿足光伏玻璃用低鐵石英砂的質(zhì)量要求。尚德興等[12]采用“磨礦-分級(jí)-重選-磁選-擦洗-浮選”工藝對(duì)福建某高嶺土尾礦中的石英進(jìn)行選礦提純，獲得的石英精礦SiO2含量為99.29%、Al2O3含量為0.27%、Fe2O3含量為0.002 9%，滿足太陽能光伏、光熱超白玻璃用低鐵石英砂質(zhì)量要求。

本文以廣東某高嶺土伴生石英砂為對(duì)象進(jìn)行選礦試驗(yàn)研究，以期獲得符合光伏玻璃要求的低鐵（Fe2O3<120 μg/g）石英原料，以實(shí)現(xiàn)伴生資源綜合回收。

1 試樣性質(zhì)

1.1 試樣粒度特征

采用篩析法測(cè)定了試樣粒度組成。試樣中+0.6 mm粒級(jí)產(chǎn)率最高，為68.9%，-0.6+0.1 mm 粒級(jí)產(chǎn)率次之，為30.23%；-0.10 mm 粒級(jí)產(chǎn)率為0.87%；該伴生石英砂中可用作玻璃原料的粒級(jí)（+0.6 mm 及-0.6+0.10 mm）產(chǎn)率為99.13%，其中符合玻璃砂粒級(jí)（-0.6+0.10 mm）的石英砂占30.23%。

1.2 試樣化學(xué)成分

樣品來自廣東某伴生有石英的高嶺土尾砂，試樣的化學(xué)成分如表1 所示。

表1 試樣化學(xué)成分分析結(jié)果 /%Table 1 Analysis of chemical constituents of sample

由表1 化學(xué)成分分析可知，試樣中主要雜質(zhì)成分為Al2O3、Fe2O3、K2O。

1.3 試樣各粒級(jí)礦物組成

將該高嶺土伴生石英砂+0.01 mm 以上粒級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行XRD 測(cè)試，結(jié)果如圖1 和圖2。

圖1 +0.6 mm 粒級(jí)伴生石英砂XRD 圖譜Fig.1 XRD patterns of +0.6mm associated quartz sand

圖2 -0.6+0.10 mm 粒級(jí)伴生石英XRD 圖譜Fig.2 XRD patterns of -0.6+0.10 mm associated quartz sand

結(jié)合各粒級(jí)XRD 圖譜及體視顯微鏡照片可知，高嶺土伴生石英砂的主要礦物為石英，含有少量白云母。對(duì)于+0.6 mm 粒級(jí)石英砂，主要礦物組成為石英，部分石英表面含有長石，應(yīng)進(jìn)行磨礦使其單體解離[13]。對(duì)于-0.60+0.10 mm 粒級(jí)，主要礦物組成為石英和云母，主要以集合體形式存在，部分石英包含黃色和黑色雜質(zhì)礦物，可見明顯的暗色礦物，觀察推測(cè)為褐鐵礦或磁鐵礦。

2 選礦試驗(yàn)

2.1 +0.6 mm 粒級(jí)石英砂篩分試驗(yàn)

+0.6 mm 粒級(jí)石英砂較粗，對(duì)此粒級(jí)石英砂進(jìn)行篩分分級(jí)?？疾?2.36 mm、-2.36+1.70 mm、-1.70+0.6 mm三個(gè)粒級(jí)產(chǎn)率，結(jié)果見表2。

表2 +0.6 mm 粒級(jí)石英砂篩分結(jié)果Table 2 Screening results of +0.6 mm particle class quartz sand

由表2 可知，+1.70 mm 粒級(jí)產(chǎn)率為33.40%，-1.70+0.60 mm 粒級(jí)產(chǎn)率為35.49%，兩個(gè)粒級(jí)產(chǎn)率相當(dāng)，因而對(duì)+1.70 mm 粒級(jí)及-1.70+0.60 mm 粒級(jí)石英砂進(jìn)行磨礦—磁選流程試驗(yàn)，探究其磁選精礦Fe2O3含量是否能達(dá)到光伏玻璃用石英砂標(biāo)準(zhǔn)。篩分后可見+1.70 mm 粒級(jí)和-1.70+0.60 mm 粒級(jí)石英砂均有較多的紅褐色和黑色雜質(zhì)礦物，為探究其對(duì)其磁選的影響，對(duì)其揀選出來的產(chǎn)品和未揀選原礦試樣分別進(jìn)行磨礦—磁選的對(duì)比試驗(yàn)。

2.2 +0.6 mm 粒級(jí)揀選樣與原礦試樣磨礦-磁選對(duì)比試驗(yàn)

對(duì)+1.70 mm 粒級(jí)石英砂樣品采用型號(hào)為XMB-7三輥四筒球磨機(jī)進(jìn)行磨礦試驗(yàn)。磨礦條件為礦漿質(zhì)量濃度60%、磨礦時(shí)間3 min、轉(zhuǎn)速150 r/min。-1.70+0.60 mm 粒級(jí)石英砂顆粒較細(xì)，硬度較低，用高鋁球磨礦效果較好，磨礦條件同+1.70 mm 粒級(jí)，磨礦—磁選流程如圖3 所示，所得選礦產(chǎn)品的產(chǎn)率和石英精礦Fe2O3含量見表3。

圖3 揀選試樣和原礦試樣磨礦—磁選流程Fig.3 Schematic diagram of grinding-magnetic separation process of picking sample and raw ore sample

表3 各試樣磨礦、磁選產(chǎn)率及磁選精礦Fe2O3 含量Table 3 The grinding, magnetic separation yield of each sample and the content of Fe2O3 in magnetic separation concentrate

試樣中的主要磁性礦物為赤鐵礦和鈦鐵礦，這部分含鐵礦物可經(jīng)高梯度磁選去除[14-15]。將手揀選樣和原礦試樣的+1.70 mm 和-1.70+0.60 mm 粒級(jí)石英砂分別進(jìn)行磁選，磁選流程為一次粗選兩次精選，每一段磁選的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度均為1.4 T，礦漿流速1.0 cm/s，脈動(dòng)頻率200 r/min。各試樣磁選石英精礦Fe2O3含量結(jié)果見表3。

由表3 可知，無論是否經(jīng)過揀選+1.70 mm 粒級(jí)和-1.70+0.60 mm 粒級(jí)經(jīng)磨礦后對(duì)應(yīng)的各粒級(jí)磨礦作業(yè)產(chǎn)率接近，磁選石英精礦作業(yè)產(chǎn)率接近； +1.70 mm 粒級(jí)和-1.70+0.60 mm 粒級(jí)經(jīng)磁選都可達(dá)到光伏玻璃用石 英 砂 的 標(biāo) 準(zhǔn)（Fe2O3<120 μg/g），+1.70 mm 粒 級(jí) 和-1.70+0.60 mm 粒級(jí)石英砂中紅褐色、黑色雜質(zhì)礦物雖對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有影響，但均可達(dá)到相應(yīng)要求。因此對(duì)類似伴生石英砂中+0.60 mm 粒級(jí)進(jìn)行選礦提純時(shí)無需進(jìn)行揀選。

2.3 -0.6+0.1 mm 粒級(jí)細(xì)砂磁選試驗(yàn)

磨礦能夠使得物料在細(xì)化的過程中盡量實(shí)現(xiàn)有用礦物與脈石礦物的單體解離[16]，為后續(xù)的選別作業(yè)提供合適的入選物料。對(duì)于試樣分級(jí)出來的-0.60+0.10 mm粒級(jí)細(xì)砂，其磁選所得石英精礦產(chǎn)率為98.83%，F(xiàn)e2O3含量為242.59 μg/g，不能滿足光伏玻璃用石英砂Fe2O3含量的要求。因而對(duì)原試樣中-0.60+0.10 mm 粒級(jí)進(jìn)行磨礦—磁選試驗(yàn)，控制過磨量(-0.60+0.10 mm粒級(jí)進(jìn)行磨礦后產(chǎn)生的-0.10 mm 粒級(jí)產(chǎn)率小于20%)，探究在不同磨礦細(xì)度下，磁選精礦Fe2O3含量是否能達(dá)到光伏玻璃用石英砂標(biāo)準(zhǔn)，磨礦—磁選流程見圖4，磨礦時(shí)間對(duì)磁選精礦Fe2O3含量的影響見圖5。

圖4 原試樣-0.60+0.10 mm 粒級(jí)磨礦—磁選流程Fig.4 Schematic diagram of grinding-magnetic separation process in the original sample -0.60+0.10 mm class

圖5 不同磨礦時(shí)間對(duì)磁選石英精礦Fe2O3 含量的影響Fig.5 Effect of grinding time on Fe2O3 content of magnetic quartz separation concentrate

由圖5 可知，隨著磨礦時(shí)間的增加，磁選石英精礦Fe2O3含量不斷降低，過磨量隨之增加。當(dāng)磨礦時(shí)間為5 min 時(shí)，過磨量為18.87%，磁選精礦SiO2含量提 高到99.04%， Fe2O3含 量 從242.59 μg/g 降 低 至104.46 μg/g，滿足光伏玻璃用石英砂要求。

3 結(jié)論

(1) 廣東某伴生有石英的高嶺土礦主要礦物為石英、含少量云母，有較多的紅褐色、黑色雜質(zhì)礦物（赤鐵礦、褐鐵礦等）。

(2) 由選礦試驗(yàn)結(jié)果可知，該伴生有石英的高嶺土礦+0.60 mm 粒級(jí)經(jīng)過磨礦至合格粒級(jí)（-0.60+0.10 mm）后無論是否經(jīng)過揀選，磁選后獲得的石英精礦Fe2O3含量均小于120 μg/g，SiO2含量可提高到99.45%，可達(dá)到光伏玻璃用石英砂標(biāo)準(zhǔn)，因此利用+0.6 mm 粒級(jí)石英砂加工光伏玻璃用石英砂無需進(jìn)行揀選。

(3) 由選礦試驗(yàn)結(jié)果可知，該伴生有石英的高嶺土礦-0.60+0.10 mm 粒級(jí)磨礦—磁選獲得的石英精礦Fe2O3含量隨著磨礦時(shí)間增加而降低，當(dāng)磨礦時(shí)間為5 min 時(shí)，F(xiàn)e2O3含量降低為104.46 μg/g，SiO2含量提高到99.04%，滿足光伏玻璃用石英砂的標(biāo)準(zhǔn)。